Präklinische Nanomedizin

Im Fokus der Arbeitsgruppe Präklinische Nanomedizin des Fraunhofer IBMT steht die Entwicklung und Evaluierung neuartiger Therapieansätze basierend auf Nanopartikeln. Basis der entwickelten Nanopartikel bilden biokompatible und biodegradierbare Proteine und Polymere wie das humane Serumalbumin (HSA) oder die Polymilchsäure (PLA).

Ein besonderer Schwerpunkt bilden nanopartikuläre Formulierungen zum spezifischen drug targeting. Dabei transportieren Nanopartikel einen Wirkstoff direkt zur Zielzelle, ohne dass die umliegenden Zellen beeinträchtigt werden. Die Nebenwirkungen von toxischen Wirkstoffen wie z. B. Zytostatika können damit reduziert werden. Zum targeting werden die Nanopartikel mit zellspezifischen Liganden modifiziert. In unseren Studien konnte gezeigt werden, dass ein zielgerichtetes targeting mittels funktionalisierter nanopartikulärer Formulierungen möglich ist.

Je nach Applikationsform müssen die Nanopartikel auf dem Weg zur Zielzelle biologische Barrieren überwinden. Im Rahmen mehrerer Projekte wurden komplexe Zellkultursysteme, wie z. B. die Kultivierung von primären Gehirnkapillar-Endothelzellen im Transwell®-System und Kokulturen zur Ex-vivo-Analyse der Nanopartikel an der Blut-Hirn-Schranke etabliert. Daneben ist die Überwindung der intestinalen Barriere für die Applikation oraler Arzneistoffsysteme von zentraler Bedeutung. Entsprechende Zellkulturmodelle, wie z. B. die Ussing-Kammer, stehen für Transportstudien neu entwickelter Arzneistoffformulierungen zur Verfügung.

Die Weiterentwicklung und Optimierung der verschiedenen Zellkulturmodelle stehen immer im Fokus der Arbeitsgruppe. Für Analysen an humanen Zellbarrieren werden Barrieremodelle wie die Blut-Hirn-Schranke und Darmbarriere aus Zellen ausgehend von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC) etabliert. Parallel werden für Krankheitsstudien weitere komplexe Zellmodelle,  wie z. B. Organoide aus hiPSC, aufgebaut. Verschiedene, andere Zellkultursysteme zur Simulation weiterer biologischer Barrieren, wie z. B. der Haut- und Lungenbarriere, stehen zur Testung ähnlicher Formulierungen für weitere Projekte zur Verfügung bzw. können bei Bedarf etabliert werden.

Ein weiterer Forschungsstrang der Arbeitsgruppe ist die genetische Manipulation von Primär- und Stammzellen mittels nanopartikulärer Gentransfersysteme. Die biokompatiblen Nanopartikel können z. B. mit DNA, RNA oder small molecules beladen und zur Zellspezifizität modifiziert werden mit dem Ziel, diese alternativ zu Viren in der Gen- und Zelltherapie einzusetzen.